JP2008258772A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角にビーム形成する場合であっても、構造上の問題を緩和しつつ、アンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向からビームを走査する範囲内で所定角度だけ傾いた所定方向に向くように配列された複数のアンテナ素子１₁〜１_Nと、複数のアンテナ素子から送られてくる受信信号に基づきビーム合成する合成回路２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ素子を配列したアンテナ装置に関し、特にアンテナ素子パターンの指向性を制御する技術に関する。

従来、複数のアンテナ素子を規則的に配列し、一定の励振条件で給電することによりビーム方向またはアンテナ素子パターン（以下、単に「素子パターン」と略する場合もある）を制御するアレイアンテナが知られている。このアレイアンテナでは、アンテナ素子に供給する信号の振幅および位相を電気的に制御できるため、アンテナの指向性を容易に制御できるという特徴を有する（例えば、特許文献１参照）。

図８は、このようなアレイアンテナを用いたアンテナ装置の構成を示す図である。このアンテナ装置は、Ｎ個（Ｎは正の整数）のアンテナ素子１₁〜１_Nと合成回路２とから構成されている。

アンテナ素子１₁〜１_Nは、合成回路２から送信信号として送られてくる電気信号を電波に変換して空間に放射するとともに、空間からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として合成回路２に送る。合成回路２は、図示しない制御回路から送られてくる送信信号をアンテナ素子₁〜１_Nに送るとともに、アンテナ素子₁〜１_Nから送られてくる受信信号に基づきビーム合成を行い、ビーム出力として上記制御回路に送る。

図９は、このような従来のアンテナ装置の動作を説明するための図である。このアンテナ装置においては、図９（ａ）に示すように、複数のアンテナ素子１₁〜１_Nは、アンテナ開口面の正面方向に向けて配置されており、素子パターンの指向方向は、アンテナ開口面の正面方向になる。この場合、図９（ｂ）に示すように、走査角度が０度で最大のビームの利得が得られ、走査角度が０度から離れるにつれてビームの利得が低下する特性を有する素子パターンが得られる。
吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、初版、社団法人電子情報通信学会、平成１５年２月１５日、ｐｐ．１１９−１２３

上述したアンテナ装置においては、アンテナ素子１₁〜１_Nがアンテナ開口面の正面方向に向けて配置されているので、走査角度が大きい部分（広角）での素子パターンにより、電子走査によるビーム走査時や固定のビームであっても走査角度が大きい部分にビームを形成する場合には、図９（ｂ）に示すように、ビームの利得低下が生じるという問題がある。

これを避けるには、アンテナ開口面をチルトさせて対処する方法が考えられるが、この方法では機械的な機構が必要になり、また、ビーム走査の範囲が広角にわたり、チルト角が大きい場合には、構造上の制約が生じて実現が困難になる。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、広角にビーム形成する場合であっても、構造上の問題を緩和しつつ、アンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができるアンテナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、アンテナ素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向からビームを走査する範囲内で所定角度だけ傾いた所定方向に向くように配列された複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子から送られてくる受信信号に基づきビーム合成する合成回路とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のアンテナ素子の各々は、電波を放射する放射部と、放射部に給電する給電部とを備え、複数のアンテナ素子は、放射部および給電部を一体として傾けることにより、アンテナ素子パターンの指向性が所定方向に向くように配列されていることを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のアンテナ素子の各々は、電波を放射する放射部と、放射部に給電する給電部とを備え、複数のアンテナ素子の放射部または給電部の形状が、アンテナ素子パターンの指向性が所定方向に向くように成形されていることを特徴とする。

さらに、請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、アンテナ開口面を傾けるチルト機構を備えたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、複数のアンテナ素子によるアンテナ素子パターンの指向性を、アンテナ開口面に垂直な方向からビームを走査する範囲内で所定角度だけ傾いた所定方向に向くようにしたので、広角にビーム形成する場合であっても、アンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、複数のアンテナ素子は、放射部および給電部を一体として傾けることにより、アンテナ素子パターンの指向性が所定方向に向くように配列したので、従来のアンテナ素子の給電部および放射部の基本形状を変えることなく、そのままアンテナ素子を利用して、広角にビーム形成する場合のアンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、複数のアンテナ素子の放射部または給電部の形状が、アンテナ素子パターンの指向性が所定方向に向くように成形したので、電気的にも構造的にも最適な状態で、広角にビーム形成する場合のアンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

また、請求項４記載の発明によれば、アンテナ開口面を傾けるチルト機構を備え、アンテナ開口面のチルトとアンテナ素子の傾きとを組み合わせるように構成したので、アンテナ素子の形状の変更を小さくでき、かつ、チルト角を小さくできるので構造上の問題を緩和することができるとともに、広角にビーム形成する場合のアンテナ素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。このアンテナ装置は、Ｎ個のアンテナ素子１₁〜１_Nと合成回路２とから構成されている。

アンテナ素子１₁〜１_Nは、合成回路２から送信信号として送られてくる電気信号を電波に変換して空間に放射するとともに、空間からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として合成回路２に送る。アンテナ素子１₁〜１_Nの各々は、例えばダイポールアンテナから構成されており、図２に示すように、放射部１１と給電部１２とから構成されている。

放射部１１は、給電部１２から送られてくる信号を電波に変換して空間に放射するとともに、空間から受信された電波を電気信号に変換して給電部１２に送る。給電部１２は、例えば移相器、高周波増幅器およびサーキュレータなど（いずれも図示は省略する）を含み、合成回路２から送られてくる送信信号の位相を、アンテナ素子１₁〜１_Nの配列位置に応じて変化させて増幅し、放射部１１に送る。また、給電部１２は、放射部１１から送られてきた信号を増幅し、さらに位相を、アンテナ素子１₁〜１_Nの配列位置に応じて変化させた後に、受信信号として合成回路２に送る。

アンテナ素子１₁〜１_Nの各々の放射部１１および給電部１２の基本形状は、従来のアンテナ素子と同じであり、素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向からビームを走査する範囲内で所定角度θだけ傾いた所定方向に向くように、放射部１１および給電部１２を一体として傾けて配列されている。

合成回路２は、図示しない制御回路から送られてくる送信信号をアンテナ素子₁〜１_Nに送るとともに、アンテナ素子１₁〜１_Nから送られてくる受信信号に基づきビーム合成を行い、ビーム出力として上記制御回路に送る。

図３は、このようなアンテナ装置の動作を説明するための図である。アンテナ装置においては、図３（ａ）に示すように、複数のアンテナ素子１₁〜１_Nが、アンテナ開口面の正面方向から所定角度θだけ傾けて配列されており、素子パターンの指向方向は、アンテナ開口面に垂直な方向から所定角度θだけ傾いた方向になる。

この構成により、図３（ｂ）に示すように、走査角度がθ度で最大のビームの利得が得られ、走査角度がθ度から離れるにつれてビームの利得が低下する特性を有する素子パターンが得られる。

したがって、走査角度が大きい部分にビームを形成する場合であっても、ビームの利得低下は、破線で示す従来のビームの利得低下より小さくなり、ビームを走査する範囲（例えば０〜６０度）の全体にわたってビーム合成時の素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

図４（ａ）は、本発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。このアンテナ装置は、アンテナ素子１₁〜１_Nの放射部１１の形状を、アンテナ開口面に対してθ度だけ傾けて成形したものである。この構成により、上述した実施例１に係るアンテナ装置と同様に、素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向から所定角度θだけ傾いた方向になる。その結果、実施例１に係るアンテナ装置と同様の作用および効果を奏する。

なお、アンテナ素子１₁〜１_Nは、図４（ｂ）に示すように、アンテナ開口面から放射部１１までの距離が順次減少（または増加）するように、給電部１２の形状を成形して構成することができる。この構成の場合、アンテナ素子１₁〜１_Nの各々から電波が出力されるタイミング、すなわち位相が異なるので、図４（ａ）に示したアンテナ装置と同様に、素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向から所定角度θだけ傾いた方向になり、実施例１に係るアンテナ装置と同様の作用および効果を奏する。

また、アンテナ素子１₁〜１_Nは、図４（ｃ）に示すように、アンテナ素子１₁〜１_Nの放射部１１の形状を、アンテナ開口面に対して所定角度だけ傾けるとともに、給電部１２の形状を、アンテナ開口面から放射部１１までの距離が順次減少（または増加）するように成形して構成することができる。この構成により、上述した実施例１に係るアンテナ装置と同様に、素子パターンの指向性を、アンテナ開口面に垂直な方向から所定角度θだけ傾いた方向になるようにすることができる。したがって、実施例１に係るアンテナ装置と同様の作用および効果を奏する。

図５（ａ）は、実施例２に係るアンテナ装置で合成ビームが出力される様子を示す図である。この実施例２に係るアンテナ装置は、ミサイルやポッドに搭載して使用することができる。図５（ｂ）は、ミサイルやポッドに搭載されたアンテナ装置によって合成ビームが出力される様子を示す図である。

図６（ａ）は、本発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。このアンテナ装置は、上述した実施例１または実施例２に係るアンテナ装置２０にチルト機構２１が追加されて構成されている。チルト機構２１は、図示しない制御回路からの制御により、アンテナ装置２０の全体を回動させる。

この構成により、アンテナ素子１₁〜１_Nの形状の変更を小さくでき、かつ、チルト角を小さくできるので、構造上の問題を緩和することができるとともに、広角にビーム形成する場合の素子パターンによるビームの利得低下を抑えることができる。

この実施例３に係るアンテナ装置は、ミサイルやポッドに搭載して使用することができる。図６（ｂ）は、ミサイルやポッドに搭載されたアンテナ装置によって合成ビームが出力される様子を示す図である。

なお、上述した実施例１〜実施例３に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子１₁〜１_Nの偏波については、垂直偏波、水平偏波、円偏波等のいずれも適用できる。

また、アンテナ素子１₁〜１_Nとしては、単体のダイポールアンテナに限らず、図７（ａ）に示すような複数素子によるアレイ形状のアンテナ、図７（ｂ）に示すようなフレア２２を付けたアンテナ素子等といった素子パターンの指向性の方向を変えることができる他の方式のアンテナを採用することができる。

本発明は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナを用いたアンテナ装置に利用可能である。

本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るアンテナ装置で使用されるアンテナ素子を示す図である。 本発明の実施例１に係るアンテナ装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成を説明するための図である。 本発明の実施例２に係るアンテナ装置の使用例を説明するための図である。 本発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成および使用例を説明するための図である。 本発明の実施例１〜実施例３に係るアンテナ装置で使用されるアンテナ素子の他の例を説明するための図である。 従来のアンテナ装置の構成を示す図である。 従来のアンテナ装置の動作を説明するための図である。

符号の説明

１₁〜１_N アンテナ素子
２ 給電回路
１１ 放射部
１２ 給電部
２０ アンテナ装置
２１ チルト機構

Claims (4)

1. アンテナ素子パターンの指向性が、アンテナ開口面に垂直な方向からビームを走査する範囲内で所定角度だけ傾いた所定方向に向くように配列された複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子から送られてくる受信信号に基づきビーム合成する合成回路
   と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記複数のアンテナ素子の各々は、
   電波を放射する放射部と、
   前記放射部に給電する給電部とを備え、
   前記複数のアンテナ素子は、前記放射部および前記給電部を一体として傾けることにより、アンテナ素子パターンの指向性が前記所定方向に向くように配列されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記複数のアンテナ素子の各々は、
   電波を放射する放射部と、
   前記放射部に給電する給電部とを備え、
   前記複数のアンテナ素子の前記放射部または前記給電部の形状が、アンテナ素子パターンの指向性が前記所定方向に向くように成形されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. アンテナ開口面を傾けるチルト機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアンテナ装置。

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